Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Due to a growing global population and an increasing welfare in combination with limited resources of fossil fuels and environmental problems may bioenergy be one of the alternatives for a more sustainable energy production. Among others, Salix is used as biological energy source. Its energy conversion is high compared to other sources and it can be managed in a short rotation period. For future energy production of Salix it is important to have resource efficient genotypes with high biomass production. Thus, to secure future production, it is im-portant to breed for production and resource use efficiency traits. Objectives with this study were to evaluate how water and nutrients affect biomass production of two genotypes of Salix and how xylem diameter of the same genotypes is affected by drought stress. Main hypothe-ses with this study are that drought stressed plants have slower and lower biomass production than well-watered plants. That available nitrogen (N) increase growth, that genotype 341 has a drought tolerance than genotype 223 and that xylem vessels are narrower for drought stressed plants compared to well-watered plants. Salix cuttings of the genotypes 223 and 341 from a mapping population of Salix viminalis and the hybrid S. vinimalis x S. schwerinii were planted and grown in a greenhouse in Uppsala, central Sweden, with a three week long treatment pe-riod before final harvest. Greenhouse trial includes four treatments (control) 250 ml water three times a week; water and nutrients) 250 ml water three times a week and 2 ml “Blomstra” fertilizer/ l water once a week; nutrients) 250 ml water with 2 ml “Blomstra” fertilizer/ l water once a week; water shortage treatment) 250 ml water once a week). Additionally, stems of plants grown in a field trial in northern Italy for three years were collected. The stems were irradiated with X-ray emanation for creation of a 3D-picture of the stem, the cross-section of the pictures were used for counting vessels and analyzing vessel size. Both treatment and genotype affected plant growth. Genotype 341 was more affected by the treatments than genotype 223 but genotype 223 had an overall lower production. The production of the geno-types differed mainly within treatment of high water and nutrient availability and the drought treatment. The results indicate a more resource efficient production of the genotype 341 in relation to water and nutrients and also a greater drought tolerance compared to genotype 223. Highest nitrogen content was observed in fertilized plants, however in contrast to other stud-ies soil water supply did not significantly affect N concentration in leaves. Greater vessel area was observed in irrigated plants. Stem diameter was positively correlated with both total ves-sel area and amounts of vessels. Amounts of vessels also tended to be negatively correlated to δ13C and to standardized WUE (water use efficiency based on δ13C in relation to stem diame-ter). For future studies a longer treatment period is recommended as well as increased number of replicates for xylem analysis. I conclude that genotype 341 has great potential for biomass production, is better suited for biomass production than genotype 223 and therefore recom-mended to use in future trials.

Salix är ett träd som kan odlas för produktion av energi. I takt med jordens ökande befolkning och i kombination med hög levnadsstandard ökar efterfrågan på energi. I framtiden tror fors-kare på en minskning av fossila tillgångar och därav en ökad efterfrågan på bioenergi. Idag odlas Salix på jordbruksmark, vilket innebär platskonkurrens för grödor som odlas som mat för människan. Trots att Salix är en förhållandevis tålig gröda med små behov ökar dess pro-duktion vid god tillgång på vatten och näringsämnen. Det betyder att bra marker gynnar pro-duktionen. Konkurrensen mellan mat och energi på jordbruksmark är en framtida fråga att lösa.
Tack vare Salix tidiga blomning ger träden mat åt insekter tidigt efter en hård vinter. Detta är en speciellt viktig egenskap eftersom våra pollinerande insekter tenderar att minska i antal. Det har visats att Salix är effektiv på att ta upp giftiga ämnen ur marken, framförallt tungme-tallen kadmium. En annan betydelsefull miljöaspekt är dess effektiva omvandling av bio-massa till energi. Ur Salix kan man få ut mer energi per insatsvara jämfört med exempelvis både vete, raps och fossila råvaror. Detta gör att det är mer energieffektivt att odla Salix än spannmål för energiproduktion.
Om vi med hjälp av bioenergi från Salix vill kunna säkerställa den framtida energiförsörjning-en är det viktigt att vi redan idag påbörjar förädlingen av tåliga sorter. Sorterna måste klara ett framtida klimat. Ett klimat som förutspås vara varierat och innehålla intensiva perioder av exempelvis regn och torka. Denna studie går därför ut på att jämföra två olika sorter med varandra i ett växthusförsök, där växterna har fått olika mängd och kombination av vatten och näring under tre veckor. Detta för att se hur de två sorterna reagerar på olika typer av tillväxt-förutsättningar och hur deras behov skiljer sig från varandra. Ytterligare behandlar studien hur växtens vattentransportsystem påverkas rent utseendemässigt av torka och hur detta kan på-verka den totala biomassaproduktionen. Gällande analyserna för hur vattentransporten funge-rar har data samlats in från Salix som växt i fält i Italien under tre år.
Resultat från denna studie är att en av sorterna (”341”) klarar torka bättre än den andra (”223”). Överlag producerar sorten 341 mer biomassa än sorten 223 och är därmed mer läm-pad för att använda i framtida forskning. Studien bekräftar även att både vatten och närings-tillförsel ökar biomassaproduktionen samt att kväveinnehållet i bladen ökar vid tillförsel av kväve. Storleken på rören som transporterar vatten i växten visade sig vara mindre när växten utsattes för torka och antal rör ökade med en växande stamdiameter. Till vidare studier re-kommenderas en längre behandlingsperiod för att öka resultatens trovärdighet.
Genom fortsatta studier på olika sorters Salix kommer förhoppningsvis både framtidens ener-gitillgång och jordens biologiska mångfald att gynnas. Detta i kombination med att lösa vårt framtida matbehov är en tuff och utmanande uppgift.